專利名稱：基于新月形諧波反射鏡的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于新月形諧波反射鏡的激光器技術(shù)領(lǐng)域本申請涉及一種激光裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。它適于激光彩色顯示、激光 醫(yī)療、工業(yè)激光加工、科研、核工業(yè)、海底探測以及軍事光電對抗等領(lǐng)域的應(yīng)用。
技術(shù)背景與本申請有關(guān)的激光器是典型的直線型腔雙程信頻激光器，以下簡稱直腔雙倍頻激光器，其激光器腔體依次由全反鏡、聲光Q開關(guān)、激光棒、泵浦源、平平 諧波反射鏡、倍頻晶體及輸出鏡構(gòu)成激光腔，(見姚建銓著，《非線性光學(xué)頻率變 換及激光調(diào)諧技術(shù)》，科學(xué)出版社，1995年第一版，第122頁，圖3.2.12)。它具 有倍頻效率高，結(jié)構(gòu)簡單，易于產(chǎn)品化等優(yōu)點。但是這種激光器有如下缺點根 據(jù)諧振腔理論，輸出鏡處為振蕩光的束腰，從附圖2直腔倍頻激光器原理圖可以 看出，振蕩光一次倍頻后，輸出光斑9，而二次倍頻的激光經(jīng)平平諧波反射鏡反 射后不是原路返回，而是根據(jù)反射原理向外擴散了，相當(dāng)于從束腰經(jīng)平面鏡成像 的像點S發(fā)出，輸出光斑IO。因此最后輸出的激光相當(dāng)于兩束激光的混合，這兩 束激光發(fā)散角相同，分別從像點S和輸出鏡處發(fā)出。根據(jù)幾何原理可以看出，混 合光束腰(光斑最小處)在諧波反射鏡上，比其中一次倍頻激光的束腰擴大了數(shù) 倍，發(fā)散角不變。雖然雙程倍頻提高了倍頻效率，但光束質(zhì)量卻比一次倍頻的激 光大大下降。因此，直腔雙程倍頻激光器一般用于要求輸出高功率而對光束質(zhì)量 要求不高的情況，大大限制了其在工業(yè)、科研等領(lǐng)域的應(yīng)用。 申請內(nèi)容本申請的目的在于克服現(xiàn)有直腔雙程倍頻激光器輸出激光光束質(zhì)量差的缺 陷，提供一種同時具有高功率和高光束質(zhì)量的基于新月形諧波反射鏡的激光器。
本申請的目的是這樣實現(xiàn)的
它是在激光器直腔內(nèi)依次設(shè)置全反鏡、聲光Q開關(guān)、泵浦源、激光棒、新月 形諧波反射鏡、倍頻晶體及輸出鏡，其特征在于，諧波反射鏡采用新月形鏡片， 其中諧波反射鏡面朝向倍頻晶體的一面為凹面，凹面的曲率半徑等于諧波反射鏡 與輸出鏡之間的距離，同時考慮倍頻晶體熱效應(yīng)的影響，凹面鍍有對基頻光高透、 對倍頻光高反的膜層；諧波反射鏡面朝向激光晶體的一面為曲率半徑與凹面相同 或相近的凸面，凸面鍍有對基頻光的增透膜。
上述所述的全反鏡可以是平面鏡，亦可以是凹面鏡； 所述的泵浦源可以是半導(dǎo)體二極管側(cè)面泵浦組件，亦可以是閃光燈； 所述的聲光Q開關(guān)也可以是電光Q開關(guān)，調(diào)Q晶體兩端面對基頻光鍍有增透膜。
所述的激光棒包括Nd:YAG、 NchYV04、 Nd:YLF、 Yb:YAG等材料制作的激光晶 體棒，激光晶體兩端面對基頻光鍍有增透膜。
所述的倍頻晶體包括KTP、 LB0、 BB0、 BiB0、認(rèn)b03等非線性晶體，倍頻晶 體兩端面對基頻光和倍頻光鍍有增透膜。
所述的輸出鏡可為平平鏡，面向腔內(nèi)的一面鍍有對基頻光高反、對倍頻光高 透的膜層；背向腔內(nèi)的一面對倍頻光鍍有增透膜。
本申請的工作原理如附圖3，根據(jù)諧振腔理論，輸出鏡7處為振蕩光的束腰， 振蕩光一次倍頻后，輸出光斑ll，而二次倍頻的激光經(jīng)新月形諧波反射鏡的凹面 反射，那么二次倍頻的激光就可以沿原路返回，與一次倍頻的激光完全重合，最 后輸出的激光相當(dāng)于兩束發(fā)散角相同，方向一致。
新月形諧波反射鏡的凹面曲率半徑是這樣確定的先用平平諧波反射鏡實驗，取得最佳腔參數(shù)，然后測量諧波反射鏡到輸出鏡的距離L，則新月形諧波反
射鏡的凹面曲率半徑R M"L，考慮倍頻晶體的熱透鏡效應(yīng)，實際R ^應(yīng)比L略大。 可以先測量或計算出倍頻晶體的熱透鏡焦距，然后根據(jù)高斯光束傳輸原理做更精 確的計算。為保持整個諧振腔不變，新月形諧波反射鏡應(yīng)沒有透鏡效應(yīng)，令f= ~ ，根據(jù)透鏡材料和凹面曲率半徑計算得到新月形諧波鏡凸面的曲率半徑。
本申請的積極結(jié)果是由于使用新月形諧波反射鏡，使二次倍頻與一次倍頻 的諧波光斑在輸出鏡處重合，且發(fā)散程度相同，從而使激光器輸出光束質(zhì)量大大 提高；同時保持了原直線形腔結(jié)構(gòu)倍頻效率高、結(jié)構(gòu)簡單、易于產(chǎn)品化等優(yōu)點。 總之，本申請同時具有功率高，光束質(zhì)量好的雙重優(yōu)點，從而大大擴展了其在工 業(yè)、科研等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，具有可觀的經(jīng)濟效益。

圖1為本申請的結(jié)構(gòu)示意圖2為直腔倍頻激光器的原理示意圖3為新月形諧波反射鏡原理示意圖。
圖面說明
l一全反鏡；2 —聲廣Q開關(guān)；3—激光棒；4一泵浦源；5 —新月形諧波反射 鏡； < —平平諧波反射鏡；6 —倍頻晶體；7 —輸出鏡；8 —光屏；9一輸出激光的 內(nèi)圓光斑；IO—輸出激光的外圓光斑；ll一輸出激光的內(nèi)外圓重合光斑。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖l對本申請的一個實施例作進一步的說明，但并不是限制本申請。
從圖1可以看出，這種激光器是在直線形諧振腔內(nèi)依次布置有全反鏡1、聲
廣Q開關(guān)2、激光棒3、泵浦源4、新月形諧波反射鏡5、倍頻晶體6和輸出鏡7。
5具體技術(shù)參數(shù)如下
泵浦源4選用180W (808nm)半導(dǎo)體激光泵浦組件；全反鏡1選用凹面曲 率半徑為2m的凹面鏡，凹面對1064nm激光鍍有全反膜；聲廣Q開關(guān)2的調(diào)制 頻率為1 50kHz，聲光介質(zhì)雙面鍍有1064nm激光增透膜;激光棒3選用小3 X 67mm 的Nd:YAG棒，棒兩端鍍有1064nm激光增透膜；新月形諧波反射鏡5選用R凸 =R ta二200mm的石英鏡片，面向倍頻晶體的一面為凹面，凹面鍍有對1064nm 激光高透、對532nm激光高反的膜層，面向激光晶體的一面為曲率半徑相同的凸 面，凸面鍍有對1064nm激光增透膜；倍頻晶體6選用常溫切割的KTP晶體，尺 寸為4X4X10mm，雙面對1064nm激光和532nm激光鍍有增透膜；輸出鏡7為 平平鏡，面向腔內(nèi)的一面鍍有對1064nm激光高反、對532nm激光高透的膜層； 背向腔內(nèi)的一面對532nm激光鍍有高透膜。
整個激光器的元件布局的尺寸如下整個腔長400mm左右，激光棒中心與 全反鏡相距150mm左右，與輸出鏡相距250mm左右，聲光Q開關(guān)2放置在全 反鏡1與激光棒3之間，位置可前后調(diào)節(jié)，信頻晶體6放置在激光棒3與輸出鏡 7之間，靠近輸出鏡，以獲得小的倍頻光斑，新月形諧波反射鏡5放置在倍頻晶 體6與激光棒3之間，與輸出鏡7的距離在較大范圍(100mm到200mm)之內(nèi) 可調(diào)，前后移動其位置，用光屏從遠處觀察，直到輸出的兩個光斑完全重合。
本實施例與原典型的直線形腔的激光器進行了實驗對比。用以色列產(chǎn)的Ncwa n型激光功率/能量計進行功率測量，實驗結(jié)果顯示泵浦組件和Nd:YAG棒水 冷溫度設(shè)置在25'C， KTP水冷溫度設(shè)置在23。C，控溫精度均為士O.rC，調(diào)Q頻 率為8kHz，當(dāng)泵浦電流為24A時，這兩種激光器發(fā)出的激光功率均達到最高值， 本實施例為31.2W,而原典型直線形腔激光器為30.5W。對比測量兩種光束質(zhì)量， 兩光束發(fā)散角基本相同，但從遠場目測，原典型直線形腔激光器輸出光斑為兩個同心圓，而本實施例在遠場多點觀測，均消除了兩個光斑現(xiàn)象。實驗結(jié)果充分說 明，本申請的激光器，采用緊湊的直線形腔結(jié)構(gòu)，克服了典型直線形腔雙程倍頻 時輸出光為兩個同心圓，光束質(zhì)量差的缺點，同時實現(xiàn)了高功率和高光束質(zhì)量激 光輸出。
權(quán)利要求1、一種基于新月形諧波反射鏡的激光器，它是在激光器直腔內(nèi)依次設(shè)置全反鏡、聲光Q開關(guān)、泵浦源、激光棒、新月形諧波反射鏡、倍頻晶體及輸出鏡，其特征在于，諧波反射鏡采用新月形鏡片，其中諧波反射鏡面朝向倍頻晶體的一面為凹面，凹面的曲率半徑等于諧波反射鏡與輸出鏡之間的距離，同時考慮倍頻晶體熱效應(yīng)的影響，凹面鍍有對基頻光高透、對倍頻光高反的膜層；諧波反射鏡面朝向激光晶體的一面為曲率半徑與凹面相同或相近的凸面，凸面鍍有對基頻光的增透膜。
2、 如權(quán)利要求l所述的基于新月形諧波反射鏡的激光器，其特征在于， 所述的全反鏡是平面鏡或凹面鏡。
3、 如權(quán)利要求l所述的基于新月形諧波反射鏡的激光器，其特征在于， 所述的聲光Q開關(guān)可以用電光Q開關(guān)替代。
4、 如權(quán)利要求l所述的基于新月形諧波反射鏡的激光器，其特征在于， 所述的輸出鏡為平平鏡。
專利摘要本申請公開了一種基于新月形諧波反射鏡的激光器，它是在激光器直腔內(nèi)依次設(shè)置全反鏡、聲光Q開關(guān)、泵浦源、激光棒、新月形諧波反射鏡、倍頻晶體及輸出鏡，諧波反射鏡采用新月形鏡片，諧波反射鏡面朝向倍頻晶體的一面為凹面，凹面的曲率半徑等于諧波反射鏡與輸出鏡之間的距離，同時考慮倍頻晶體熱效應(yīng)的影響，凹面鍍有對基頻光高透、對倍頻光高反的膜層；諧波反射鏡面朝向激光晶體的一面為曲率半徑與凹面相同或相近的凸面，凸面鍍有對基頻光的增透膜。本申請使用新月形諧波反射鏡，使二次倍頻與一次倍頻的諧波光斑在輸出鏡處重合，發(fā)散程度相同，從而使激光器輸出光束質(zhì)量大大提高；保持了原直線形腔結(jié)構(gòu)倍頻效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
文檔編號H01S3/08GK201142515SQ200720028758
公開日2008年10月29日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者張玉萍, 張魯殷, 王世范 申請人:山東科技大學(xué)